当派生类的析构函数是虚拟的而基类的 dtor 不是时代码崩溃

Posted 2023-04-15

【中文标题】当派生类的析构函数是虚拟的而基类的 dtor 不是时代码崩溃

【英文标题】：Code crashes when derived class' destructor is virtual and base class' dtor is not

【发布时间】：2011-09-03 13:26:01

【问题描述】：

我在 gcc 4.4.5 上尝试了以下代码。

如果成员 'data' 不存在，则代码可以正常执行，但如果存在，则会崩溃。当派生类的 dtor 不是虚拟的时，它也不会崩溃。

我知道 在这两种情况下，行为都是未定义的，如 C++03 (5.3.5 / 3) 中所列，但仍然有人可以向我解释为什么会这样在后一种情况下它会崩溃？

是的，我知道 UB 意味着任何事情都可能发生，但仍然我想知道特定于实现的细节。

#include<iostream>    
using std::cout;

struct base
int data;
   base()
      cout << "ctor of base\n";
   
   ~base()
      cout << "dtor of base\n";
   
;

struct derived :  base
   derived()
      cout << "ctor of derived\n";
   
   virtual ~derived()
      cout << "dtor of derived\n";
   
;

int main()
   base *p = new derived;
   delete p;

【问题讨论】：

由于这是 UB，“诊断”的唯一方法是查看为您的特定平台生成的程序集。我不确定这样做会得到什么！

几乎不可能说 - 在我的 g++ 4.5.1 安装中，例如它似乎运行正常。关于 UB 的全部意义在于它就是 UB。

了解崩溃的发生方式/原因将给您带来什么好处？您将无法在任何其他编译器版本中可靠地使用该信息；您可能无法在其他平台上使用相同的编译器版本。

“它似乎有时会起作用”，但已知是 UB。问题是什么？

我认为你应该停止移动鼠标。拔掉电源还会死机吗？

【参考方案1】：

假设我的系统（gcc 4.6.0，linux x86_64）上发生的事情与你的系统上发生的事情相同（它也会与data 一起崩溃并且没有运行），实现细节是p 确实 not指向为derived类型的对象分配的内存块的开头。

正如valgrind 告诉我的，

Address 0x595c048 is 8 bytes inside a block of size 16 alloc'd

如果您打印指针的值，您可以自己看到：

derived * d = new derived;
std::cout << d << '\n';
base *p = d;
std::cout << p << '\n';

原因是 gcc 中的对象布局是 vtable, base, derived

当 base 为空时，vtable, base, derived 和 base 的大小恰好相同，因为分配空类的对象占用非零字节数，这两种情况恰好相等。

当派生没有虚函数时，vtable不存在，地址再次相同，删除成功。

【讨论】：

所以，这意味着当派生对象是delete-d时，基dtor被调用并且因为基类没有任何关于vtable的信息，所以它像'p'一样删除它指基础对象的起始地址。由于“p”处存在 vtable 而不是基础对象的开头，因此会发生崩溃。我说的对吗？

下一个问题是为什么有或没有字段会影响编译器布局对象的方式。我的猜测是它不会改变布局，所以它仍然是 vptr, [empty base], derived ，但是由于没有数据可以指向derived 到base 的演员表被处理为无操作（很好，它指向 vptr ......但无论如何你都不能取消引用它）。这有意义吗？

@Saurabh Manchanda：当您delete 时，会发生两件事：编译器调用适当的析构函数（根据您的代码，在这种情况下，它远非适当） ，然后释放内存。为了释放内存，它使用它知道的最派生析构函数的类型（在本例中为base）来获取分配函数返回的指针的地址，但该指针是错误的。测试起来相当简单：int main() derived *d = new derived; base *b = d; std::cout << d << "," << b << std::endl; delete b; .

... 编译器在delete 中所做的是：b->~base(); deallocate(b);（其中deallocate 通常是free，但不是必须的）。这就是它正在死去的地方：当你获得内存时，你得到了地址d，但你正在释放地址b，它从未分配过。请注意，即使它仍然是未定义的行为，any 虚拟方法的存在也会修改 g++ 对类的布局方式，并将 base._vptr 放在前面，这将导致 d == b通过，程序不会崩溃。不过，它仍然是 UB。

【参考方案2】：

两种类型的大小不匹配，您的示例中的布局应该不同。

您正在比较 pod 类型与具有 vtable 的类型（布局和偏移量由实现定义）。当调用析构函数时，隐式 this 的地址被假定为base 的布局，但实际上这就是derived。执行的内容相当于写入/读取无效地址。